(57)【要約】【課題】高周波電力の他に直流電圧を印加する容量結合型のプラズマ処理装置を前提として、良好なプラズマを得ることができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供すること。【解決手段】チャンバ１０内に対向して配置される上部電極３４および下部電極１６との間に処理ガスのプラズマを形成してウエハＷにプラズマエッチングを施すプラズマエッチング装置であって、上部電極３４に高周波電力を供給してプラズマを形成するための高周波電源４８と、上部電極３４に直流電圧を印加する可変直流電源５０と、高周波電源４８および可変直流電源５０を制御する制御部９５とを具備し、制御部９５は、高周波電源４８からの給電を開始した時点またはそれ以降に、可変直流電源５０からの印加電圧が設定値となるように制御する。【選択図】図１
2006286812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に対向して配置される第１電極および第２電極と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、
前記第１電極または第２電極に高周波電力を供給して前記処理ガスのプラズマを形成するための高周波電源と、
前記第１電極または第２電極に直流電圧を印加する直流電源と、
前記高周波電源および前記直流電源を制御する制御部と
を具備し、
前記制御部は、前記高周波電源からの給電を開始した時点またはそれ以降に、前記直流電源からの印加電圧が設定値となるように制御することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記高周波電源からの給電を開始した時点またはそれ以降に、前記直流電源からの給電を開始するように制御することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記高周波電源からの給電を停止した時点またはそれ以前に、前記直流電源からの印加電圧を前記設定値から下げるように制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記直流電源からの印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを徐々に減少するように制御することを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記高周波電源からの給電を停止した時点またはそれ以前に、前記直流電源からの給電を停止するように制御することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は被処理基板を載置する下部電極であり、前記高周波電源は前記第１電極に高周波電力を供給することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記直流電源は、前記第１電極に直流電圧を印加することを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に設けられ、上部電極として機能する第１電極と、
前記処理容器内に前記第１電極に対向して設けられ、被処理基板を載置する下部電極として機能する第２電極と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、
前記第１電極に高周波電力を供給して前記処理ガスのプラズマを形成するための第１高周波電源と、
前記第２電極に被処理基板に対してイオンを引き込むための高周波電力を供給するための第２高周波電源と、
前記第１電極に直流電圧を印加する直流電源と、
前記第１および第２高周波電源ならびに前記直流電源を制御する制御部と
を具備し、
前記制御部は、前記第１高周波電源からの給電を開始した時点またはそれ以降に、前記直流電源からの印加電圧が設定値となるように制御することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記第１高周波電源からの給電を開始した時点またはそれ以降に、前記直流電源からの給電を開始するように制御することを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記制御部は、最初に前記第２高周波電源から設定値より低い高周波電力が供給され、次いで前記第１高周波電源から設定値の高周波電力が供給され、その後、前記第２高周波電源の高周波電力が設定値になる前に、前記直流電源からの印加電圧が設定値となるように制御することを特徴とする請求項８または請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記第１高周波電源および第２高周波電源の少なくとも一方からの給電を停止した時点またはそれ以前に、前記直流電源からの印加電圧を前記設定値から下げるように制御することを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記直流電源からの印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを徐々に減少するように制御することを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記第１高周波電源および第２高周波電源の少なくとも一方からの給電を停止した時点またはそれ以前に、前記直流電源からの給電を停止するように制御することを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記制御部は、前記直流電源からの印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを、徐々に増加するように制御することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記制御部は、前記直流電源からの印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかが徐々に増加している際に、印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかが所定値以上になった時点で前記直流電源からの給電を保持することを特徴とする請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に対向して配置される第１電極および第２電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、前記第１電極または第２電極に高周波電力を供給して前記処理ガスのプラズマを形成するための高周波電源と、前記第１電極または第２電極に直流電圧を印加する直流電源とを具備するプラズマ処理装置を用いて被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
前記高周波電源からの給電を開始した時点またはそれ以降に、前記直流電源からの印加電圧を設定値とすることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１７】
前記高周波電源からの給電を開始した時点またはそれ以降に、前記直流電源からの給電を開始することを特徴とする請求項１６に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１８】
前記高周波電源からの給電を停止した時点またはそれ以前に、前記直流電源からの印加電圧を前記設定値から下げることを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１９】
前記直流電源からの印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを徐々に減少させることを特徴とする請求項１８に記載のプラズマ処理方法。
【請求項２０】
前記高周波電源からの給電を停止した時点またはそれ以前に、前記直流電源からの給電を停止することを特徴とする請求項１６から請求項１９のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項２１】
被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に設けられ、上部電極として機能する第１電極と、前記処理容器内に前記第１電極に対向して設けられ、被処理基板を載置する下部電極として機能する第２電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、前記第１電極に高周波電力を供給して前記処理ガスのプラズマを形成するための第１高周波電源と、前記第２電極に被処理基板に対してイオンを引き込むための高周波電力を供給するための第２高周波電源と、前記第１電極に直流電圧を印加する直流電源とを具備するプラズマ処理装置を用いて被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
前記第１高周波電源からの給電を開始した時点またはそれ以降に、前記直流電源からの印加電圧を設定値とすることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２２】
前記第１高周波電源からの給電を開始した時点またはそれ以降に、前記直流電源からの給電を開始することを特徴とする請求項２１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項２３】
最初に前記第２高周波電源から設定値より低い高周波電力を供給し、次いで前記第１高周波電源から設定値の高周波電力を供給し、その後前記直流電源からの印加電圧を設定値とし、その後、前記第２高周波電源の高周波電力を設定値にすることを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載のプラズマ処理方法。
【請求項２４】
前記第１高周波電源および前記第２高周波電源の少なくとも一方からの給電を停止した時点またはそれ以前に、前記直流電源からの印加電圧を前記設定値から下げることを特徴とする請求項２１から請求項２３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項２５】
前記直流電源からの印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを徐々に減少させることを特徴とする請求項２４に記載のプラズマ処理方法。
【請求項２６】
前記第１高周波電源および前記第２高周波電源の少なくとも一方からの給電を停止した時点またはそれ以前に、前記直流電源からの給電を停止することを特徴
とする請求項２１から請求項２５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項２７】
前記直流電源からの印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを徐々に増加させることを特徴とする請求項１６から請求項２６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項２８】
前記直流電源からの印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかが徐々に増加している際に、印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかが所定値以上になった時点で前記直流電源からの給電を保持することを特徴とする請求項２７に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板等の被処理基板にプラズマエッチング等のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理基板である半導体ウエハに回路を形成するためにプラズマエッチング処理が採用されている。プラズマエッチング処理を行う装置としては、種々のものが用いられているが、その中でも容量結合型平行平板プラズマエッチング装置が主流である。
【０００３】
容量結合型平行平板プラズマエッチング装置は、チャンバ内に一対の平行平板電極（上部および下部電極）を配置し、処理ガスをチャンバ内に導入するとともに、電極の一方に高周波電力を印加して電極間に高周波電界を形成し、この高周波電界により処理ガスのプラズマを形成して半導体ウエハに対してプラズマエッチング処理を施す。
【０００４】
ところで、近年、ＵＳＬＩにおけるデザインルールの微細化がますます進み、ホール形状のアスペクト比もより高いものが要求されており、そのため、印加する高周波電力の周波数を上昇させ、良好なプラズマの解離状態を維持しつつ、高密度プラズマを形成することが試みられている。これにより、より低圧の条件下で適切なプラズマを形成することができるので、さらなるデザインルールの微細化に適切に対応することが可能となる。
【０００５】
しかしながら、このように高周波電力の周波数を上昇させても必ずしもプラズマの均一性が十分とはいえない。
【０００６】
このような問題を解消する技術として、特許文献１には、上部電極に２７ＭＨｚ以上の周波数の高周波を印加するとともに、さらに直流電圧を印加することにより、プラズマを制御してプラズマ密度を均一化する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３２３４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記特許文献１のように直流電圧を印加する場合には、その印加タイミングがプラズマ形成に影響を与えるものと考えられるが、特許文献１には安定した良好なプラズマを得るための直流電圧の印加タイミングについては何ら記載されていない。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、高周波電力の他に直流電圧を印加する容量結合型のプラズマ処理装置を前提として、良好なプラズマを得ることができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に対向して配置される第１電極および第２電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、前記第１電極または第２電極に高周波電力を供給して前記処理ガスのプラズマを形成するための高周波電源と、前記第１電極または第２電極に直流電圧を印加する直流電源と、前記高周波電源および前記直流電源を制御する制御部とを具備し、前記制御部は、前記高周波電源からの給電を開始した時点またはそれ以降に、前記直流電源からの印加電圧が設定値となるように制御することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１０】
上記第１の観点のプラズマ処理装置において、前記制御部は、前記高周波電源からの給電を開始した時点またはそれ以降に、前記直流電源からの給電を開始するように制御することができる。
【００１１】
また、上記いずれかの構成において、前記制御部は、前記高周波電源からの給電を停止した時点またはそれ以前に、前記直流電源からの印加電圧を前記設定値から下げるように制御することができる。この場合に、前記制御部は、前記直流電源からの印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを徐々に減少するように制御することができる。
【００１２】
さらに、上記いずれかの構成において、前記制御部は、前記高周波電源からの給電を停止した時点またはそれ以前に、前記直流電源からの給電を停止するように制御することができる。
【００１３】
さらにまた、上記いずれかの構成において、前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は被処理基板を載置する下部電極であり、前記高周波電源は前記第１電極に高周波電力を供給するように構成することができる。また、前記直流電源は、前記第１電極に直流電圧を印加するように構成することができる。
【００１４】
本発明の第２の観点では、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に設けられ、上部電極として機能する第１電極と、前記処理容器内に前記第１電極に対向して設けられ、被処理基板を載置する下部電極として機能する第２電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、前記第１電極に高周波電力を供給して前記処理ガスのプラズマを形成するための第１高周波電源と、前記第２電極に被処理基板に対してイオンを引き込むための高周波電力を供給するための第２高周波電源と、前記第１電極に直流電圧を印加する直流電源と、前記第１および第２高周波電源ならびに前記直流電源を制御する制御部とを具備し、前記制御部は、前記第１の高周波電源からの給電を開始した時点またはそれ以降に、前記直流電源からの印加電圧が設定値となるように制御することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１５】
上記本発明の第２の観点に係るプラズマ処理装置において、前記制御部は、前記第１高周波電源からの給電を開始した時点またはそれ以降に、前記直流電源からの給電を開始するように制御することができる。
【００１６】
また、上記いずれかの構成において、前記制御部は、最初に前記第２高周波電源から設定値より低い高周波電力が供給され、次いで前記第１高周波電源から設定値の高周波電力が供給され、その後、前記第２高周波電源の高周波電力が設定値になる前に、前記直流電源からの印加電圧が設定値となるように制御することができる。
【００１７】
さらに、上記いずれかの構成において、前記制御部は、前記第１高周波電源および第２高周波電源の少なくとも一方からの給電を停止した時点またはそれ以前に、前記直流電源からの印加電圧を前記設定値から下げるように制御することができる。この場合に、前記制御部は、前記直流電源からの印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを徐々に減少するように制御することができる。
【００１８】
さらに、上記いずれかの構成において、前記制御部は、前記第１高周波電源および第２高周波電源の少なくとも一方からの給電を停止した時点またはそれ以前に、前記直流電源からの給電を停止するように制御することができる。
【００１９】
上記第１の観点または第２の観点のプラズマ処理装置において、前記制御部は、前記直流電源からの印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを、徐々に増加するように制御することができる。この場合に、前記制御部は、前記直流電源からの印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかが徐々に増加している際に、印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかが所定値以上になった時点で前記直流電源からの給電を保持するようにすることができる。
【００２０】
本発明の第３の観点では、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に対向して配置される第１電極および第２電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、前記第１電極または第２電極に高周波電力を供給して前記処理ガスのプラズマを形成するための高周波電源と、前記第１電極または第２電極に直流電圧を印加する直流電源とを具備するプラズマ処理装置を用いて被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
前記高周波電源からの給電を開始した時点またはそれ以降に、前記直流電源からの印加電圧を設定値とすることを特徴とするプラズマ処理方法を提供する。
【００２１】
上記本発明の第３の観点に係るプラズマ処理方法において、前記高周波電源からの給電を開始した時点またはそれ以降に、前記直流電源からの給電を開始するようにすることができる。
【００２２】
また、上記いずれかの構成において、前記高周波電源からの給電を停止した時点またはそれ以前に、前記直流電源からの印加電圧を前記設定値から下げるようにすることができる。この場合に、前記直流電源からの印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを徐々に減少させることができる。
【００２３】
さらに、上記いずれかの構成において、前記高周波電源からの給電を停止した時点またはそれ以前に、前記直流電源からの給電を停止するようにすることができる。
【００２４】
本発明の第４の観点では、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に設けられ、上部電極として機能する第１電極と、前記処理容器内に前記第１電極に対向して設けられ、被処理基板を載置する下部電極として機能する第２電極と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、前記第１電極に高周波電力を供給して前記処理ガスのプラズマを形成するための第１高周波電源と、前記第２電極に被処理基板に対してイオンを引き込むための高周波電力を供給するための第２高周波電源と、前記第１電極に直流電圧を印加する直流電源とを具備するプラズマ処理装置を用いて被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、前記第１高周波電源からの給電を開始した時点またはそれ以降に、前記直流電源からの印加電圧を設定値とすることを特徴とするプラズマ処理方法を提供する。
【００２５】
上記第４の観点に係るプラズマ処理方法において、前記第１高周波電源からの給電を開始した時点またはそれ以降に、前記直流電源からの給電を開始するようにすることができる。
【００２６】
また、上記いずれかの構成において、最初に前記第２高周波電源から設定値より低い高周波電力を供給し、次いで前記第１高周波電源から設定値の高周波電力を供給し、その後前記直流電源からの印加電圧を設定値とし、その後、前記第２高周波電源の高周波電力を設定値にするようにすることができる。
【００２７】
さらに、上記いずれかの構成において、前記第１高周波電源および前記第２高周波電源の少なくとも一方からの給電を停止した時点またはそれ以前に、前記直流電源からの印加電圧を前記設定値から下げるようにすることができる。この場合に、前記直流電源からの印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを徐々に減少させるようにすることができる。
【００２８】
さらにまた、前記第１高周波電源および前記第２高周波電源の少なくとも一方からの給電を停止した時点またはそれ以前に、前記直流電源からの給電を停止するようにすることができる。
【００２９】
上記第３の観点または第４の観点に係るプラズマ処理方法において、前記直流電源からの印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを徐々に増加させるようにすることができる。この場合に、前記直流電源からの印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかが徐々に増加している際に、印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかが所定値以上になった時点で前記直流電源からの給電を保持するようにすることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、高周波電源からの給電を開始した時点またはそれ以降に、直流電源からの印加電圧が設定値となるようにするので、高周波電力を供給する他に直流電圧を印加してプラズマを形成する際に、異常放電を抑制して良好なプラズマを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。
図１は、本発明のプラズマ処理装置の一実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。
【００３２】
このプラズマエッチング装置は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる略円筒状のチャンバ（処理容器）１０を有している。このチャンバ１０は保安接地されている。
【００３３】
チャンバ１０の底部には、セラミックス等からなる絶縁板１２を介して円柱状のサセプタ支持台１４が配置され、このサセプタ支持台１４の上に例えばアルミニウムからなるサセプタ１６が設けられている。
【００３４】
サセプタ１６の上面には、被処理基板である半導体ウエハＷを静電力で吸着保持する静電チャック１８が設けられており、この静電チャック１８上に半導体ウエハＷが載置される。この静電チャック１８は、導電膜からなる電極２０を一対の絶縁層または絶縁シートで挟んだ構造を有するものであり、電極２０には直流電源２２が電気的に接続されており、オン・オフスイッチ２２ａにより給電のオン・オフが可能となっている。そして、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により半導体ウエハＷが静電チャック１８に吸着保持される。オン・オフスイッチ２２ａのオン・オフはコントローラ２３により制御されるようになっている。
【００３５】
静電チャック１８（半導体ウエハＷ）の周囲でサセプタ１６の上面には、エッチングの均一性を向上させるための、例えばシリコンからなる導電性のフォーカスリング（補正リング）２４が配置されている。サセプタ１６およびサセプタ支持台１４の側面には、例えば石英からなる円筒状の内壁部材２６が設けられている。
【００３６】
サセプタ支持台１４の内部には、冷媒室２８が設けられている。この冷媒室には、外部に設けられた図示しないチラーユニットより配管３０ａ，３０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給され、冷媒の温度によってサセプタ上の半導体ウエハＷの処理温度を制御することができる。
【００３７】
さらに、図示しない伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給ライン３２を介して静電チャック１８の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。
【００３８】
下部電極であるサセプタ１６の空間を隔てた上方には、サセプタ１６と対向するように平行に上部電極３４が設けられている。そして、上部および下部電極３４，１６間の空間がプラズマ生成空間となる。上部電極３４は、下部電極であるサセプタ１６上の半導体ウエハＷと対向してプラズマ生成空間と接する面、つまり対向面を形成する。
【００３９】
この上部電極３４は、絶縁性遮蔽部材４２を介して、チャンバ１０の上部に支持されており、サセプタ１６との対向面を構成しかつ多数の吐出孔３７を有する電極板３６と、この電極板３６を着脱自在に支持し、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる水冷構造の電極支持体３８とによって構成されている。電極板３６は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体が好ましく、また、後述するようにレジストを強化する観点からはシリコン含有物質が好ましい。このような観点から、電極板３６はシリコンやＳｉＣで構成されるのが好ましい。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられ、このガス拡散室４０からはガス吐出孔３７に連通する多数のガス通流孔４１が下方に延びている。
【００４０】
電極支持体３８にはガス拡散室４０へ処理ガスを導くガス導入口６２が形成されており、このガス導入口６２にはガス供給管６４が接続され、ガス供給管６４には処理ガス供給源６６が接続されている。ガス供給管６４には、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６８および開閉バルブ７０が設けられている。そして、処理ガス供給源６６から、エッチングのための処理ガスとして、例えばＣ４Ｆ８ガスのようなフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）がガス供給管６４からガス拡散室４０に至り、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してシャワー状にプラズマ生成空間に吐出される。すなわち、上部電極３４は処理ガスを供給するためのシャワーヘッドとして機能する。
【００４１】
上部電極３４には、整合器４６および給電棒４４を介して、第１の高周波電源４８が電気的に接続されている。第１の高周波電源４８は、１３．５６ＭＨｚ以上の周波数、例えば６０ＭＨｚの高周波電力を出力する。整合器４６は、第１の高周波電源４８の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第１の高周波電源４８の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。整合器４６の出力端子は給電棒４４の上端に接続されている。第１の高周波電源４８のオン・オフおよびパワーの制御はコントローラ４９により制御されるようになっている。
【００４２】
一方、上記上部電極３４には、第１の高周波電源４８の他、可変直流電源５０が電気的に接続されている。可変直流電源５０はバイポーラ電源で構成するのが好ましい。具体的には、この可変直流電源５０は、上記整合器４６および給電棒４４を介して上部電極３４に接続されており、リレー回路（オン・オフスイッチ）５２により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源５０の極性および電流・電圧ならびにリレー回路５２のオン・オフはコントローラ５１により制御されるようになっている。
【００４３】
整合器４６は、図２に示すように、第１の高周波電源４８の給電ライン４９から分岐して設けられた第１の可変コンデンサ５４と、給電ライン４９のその分岐点の下流側に設けられた第２の可変コンデンサ５６を有しており、これらにより上記機能を発揮する。また、整合器４６には、直流電圧電流（以下、単に直流電圧という）が上部電極３４に有効に供給可能なように、第１の高周波電源４８からの高周波電力（例えば６０ＭＨｚ）および後述する第２の高周波電源からの高周波電力（例えば２ＭＨｚ）をトラップするフィルタ５８が設けられている。すなわち、直流電源５０からの直流電流がフィルタ５８を介して給電ライン４９に接続される。このフィルタ５８はコイル５９とコンデンサ６０とで構成されており、これらにより第１の高周波電源４８からの高周波電力および後述する第２の高周波電源からの高周波電力がトラップされる。
【００４４】
チャンバ１０の側壁から上部電極３４の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１０ａが設けられており、この円筒状接地導体１０ａの天壁部分は筒状の絶縁部材４４ａにより上部給電棒４４から電気的に絶縁されている。
【００４５】
下部電極であるサセプタ１６には、整合器８８を介して第２の高周波電源９０が電気的に接続されている。この第２の高周波電源９０から下部電極１６に高周波電力が供給されることにより、半導体ウエハＷ側にイオンが引き込まれる。第２の高周波電源９０は、２〜２７ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば２ＭＨｚの高周波電力を出力する。整合器８８は第２の高周波電源９０の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第２の高周波電源９０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。第２の高周波電源９０のオン・オフおよびパワーの制御はコントローラ９１により制御されるようになっている。
【００４６】
上部電極３４には、第１の高周波電源４８からの高周波電力（６０ＭＨｚ）は通さずに第２の高周波電源９０からの高周波電力（２ＭＨｚ）をグランドへ通すためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）９２が電気的に接続されている。このローパスフィルタ（ＬＰＦ）９２は、好適にはＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成されるが、１本の導線だけでも第１の高周波電源４８からの高周波電力（６０ＭＨｚ）に対しては十分大きなリアクタンスを与えることができるので、それで済ますこともできる。一方、下部電極であるサセプタ１６には、第１の高周波電源４８からの高周波電力（６０ＭＨｚ）をグランドに通すためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）９４が電気的に接続されている。
【００４７】
チャンバ１０の底部には排気口８０が設けられ、この排気口８０に排気管８２を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内を所望の真空度まで減圧可能となっている。また、チャンバ１０の側壁には半導体ウエハＷの搬入出口８５が設けられており、この搬入出口８５はゲートバルブ８６により開閉可能となっている。また、チャンバ１０の内壁に沿ってチャンバ１０にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するためのデポシールド１１が着脱自在に設けられている。すなわち、デポシールド１１がチャンバ壁を構成している。また、デポシールド１１は、内壁部材２６の外周にも設けられている。チャンバ１０の底部のチャンバ壁側のデポシールド１１と内壁部材２６側のデポシールド１１との間には排気プレート８３が設けられている。デポシールド１１および排気プレート８３としては、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆したものを好適に用いることができる。
【００４８】
デポシールド１１のチャンバ内壁を構成する部分のウエハＷとほぼ同じ高さ部分には、グランドにＤＣ的に接続されたパーツ（ＧＮＤブロック）８７が設けられている。このＧＮＤブロック８７はプラズマ面に露出しており、デポシールド１１の内部の導電部に電気的に接続されており、可変直流電源５０から上部電極３４に印加された直流電圧電流は、処理空間を経てＧＮＤブロック８７に到達し、デポシールド１１を介して接地される。このＧＮＤブロック８７により、上記上部電極３４にたまる電子を逃がすことができ、異常放電を防止することができる。ＧＮＤブロック８７は導電体であり、Ｓｉ，ＳｉＣ等のシリコン含有物質であることが望ましい。Ｃも好適に用いることができる。
【００４９】
なお、上記ＧＮＤブロック８７は、プラズマ形成領域に設けられていれば、その位置は図１に限らず、例えばサセプタ１６の周囲設ける等、サセプタ１６側に設けてもよく、また上部電極３４の外側にリング状に設ける等、上部電極３４近傍に設けてもよい。
【００５０】
プラズマエッチング装置の各構成部は、制御部（プロセスコントローラ）９５に接続されて制御される構成となっている。本実施形態において、この制御部９５は、第１の高周波電源４８のオン・オフおよびパワーの制御を行うコントローラ４９、第２の高周波電源９０のオン・オフおよびパワーの制御を行うコントローラ９１、および可変直流電源５０の極性および電流・電圧ならびにリレー回路５２のオン・オフの制御を行うコントローラ５１、さらには直流電源２２をオン・オフするオン・オフスイッチ２２ａのオン・オフの制御を行うコントローラ２３を制御し、これらの印加および停止のタイミングが制御されるようになっている。
【００５１】
また、制御部９５には、工程管理者がプラズマエッチング装置を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース９６が接続されている。
【００５２】
さらに、制御部９５には、プラズマエッチング装置で実行される各種処理を制御部９５の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマエッチング装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部９７が接続されている。レシピはハードディスクや半導体メモリーに記憶されていてもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で記憶部９７の所定位置にセットするようになっていてもよい。
【００５３】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース９６からの指示等にて任意のレシピを記憶部９７から呼び出して制御部９５に実行させることで、制御部９５の制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。
【００５４】
このように構成されるプラズマエッチング装置においてエッチング処理を行う際には、まず、ゲートバルブ８６を開状態とし、搬入出口８５を介してエッチング対象である半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、サセプタ１６上に載置する。そして、処理ガス供給源６６からエッチングのための処理ガスを所定の流量でガス拡散室４０へ供給し、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してチャンバ１０内へ供給しつつ、排気装置８４によりチャンバ１０内を排気し、その中の圧力を例えば０．１〜１５０Ｐａの範囲内の設定値とする。ここで、処理ガスとしては、従来用いられている種々のものを採用することができ、例えばＣ４Ｆ８ガスのようなフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）に代表されるハロゲン元素を含有するガスを好適に用いることができる。さらに、ＡｒガスやＯ２ガス等の他のガスが含まれていてもよい。
【００５５】
このようにチャンバ１０内にエッチングガスを導入した状態で、第１の高周波電源４８からプラズマ生成用の高周波電力を所定のパワーで上部電極３４に印加するとともに、第２の高周波電源９０よりイオン引き込み用の高周波電力を所定のパワーで下部電極であるサセプタ１６に印加する。そして、可変直流電源５０から所定の直流電圧を上部電極３４に印加する。
【００５６】
このときのこれらの印加タイミングは、制御部９５によりコントローラ４９，５１，９１を制御することにより行う。この場合に、第１の高周波電源４８からの高周波電力の供給を開始した時点以降に可変直流電源５０からの直流電圧が予めレシピで設定されている設定値になるように制御する。なお、ここでの設定値とはエッチング処理を行う際の可変直流電源５０からの直流電圧値である。このように制御するのは、最初に第１の高周波電源４８から高周波電力を供給してプラズマが着火し始めた以降に供給する直流電圧を設定値にすることにより、異常放電が生じ難くなるからである。チャンバ１０内にプラズマが全く存在しない状態で直流電圧を設定値にすると、ウエハＷに対するダメージへの影響はほとんどないものの、異常放電が極めて生じやすい。なお、可変直流電源５０からの直流電圧の印加は、第１の高周波電源４８の印加を開始した後に開始することが好ましい。第１高周波電源４８から高周波電力を供給してプラズマが着火し始めた以降に直流電圧を供給し始めることにより、異常放電が生じ難くなるばかりでなく、電圧印加もスムーズに行くからである。また、第１の高周波電源４８からの高周波パワーが設定値に達した後に直流電圧の印加を開始することが好ましい。これにより、より異常放電が生じ難くなる。
【００５７】
可変直流電源５０からの直流電圧印加および第１の高周波電源４８からの高周波電力印加に加えて、第２の高周波電源９０からの高周波電力印加も加味した好ましいシーケンスの例について図３を参照して説明する。まず、第２の高周波電源９０から設定値よりも低い、例えば３００Ｗの高周波電力を下部電極であるサセプタ１６に供給開始し、その後、０．１〜２．４ｓｅｃ、例えば０．５ｓｅｃ経過後に、第１の高周波電源４８から設定値の例えば２４００Ｗの高周波電力を上部電極３４に供給し、その後、例えば２．０ｓｅｃ経過後に第２の高周波電源９０からの印加電力を設定値の例えば３８００Ｗにするが、それに先だって（例えば、最初の第２の高周波電源９０からの高周波電力供給後、２．３ｓｅｃ経過後）可変直流電源５０から上部電極３４へ設定値の例えば−９００Ｖの直流電圧を印加する。第２の高周波電源９０の印加電力が設定値になった後に直流電圧を印加した場合には、プラズマがハンチングするおそれがある。また、第２の高周波電源９０から設定値より低い高周波電力を先入れし、第１の高周波電源４８の整合がとれた後（例えば、第１の高周波電源から高周波電力供給後、１．５ｓｅｃ経過後）に第２の高周波電源９０の高周波電力を設定値（フルパワー）にすることにより、ウエハＷに対するダメージを低くすることができる。
【００５８】
また、直流電圧の印加前に、好ましくは第１および第２高周波電源４８，９０からの高周波電力の供給前に、上述のリレー回路５２をオンにして直流電圧の給電を可能にしておく。なお、リレー回路５２を常時オンにしておくことは好ましくなく、必要なときのみオンにするのがよい。
【００５９】
なお、直流電圧を設定値にするタイミングは、第１高周波電源４８からの高周波電力の供給を開始した時点以降でなく、高周波電力の供給を開始した時点であってもよい。そのシーケンスを図４に示す。まず、第１および第２高周波電源４８，９０からの高周波電力の供給前に、上述のリレー回路５２をオンにして直流電圧の給電を可能にしておく。次に図３の場合と同様に、第２高周波電源９０から設定値よりも低い高周波電力をサセプタ１６に供給開始し、その後第１高周波電源４８から設定値の高周波電力を上部電極３４に供給するが、その第１高周波電源４８からの高周波電力の供給と同時に、可変直流電源５０から上部電極３４へ直流電圧の設定値を印加する。そして、第２高周波電源９０からの印加電力を設定値とする。上述の第１高周波電源４８からの高周波電力の供給を開始した時点以降に直流電圧を設定値にする場合と同様に、異常放電を抑えることが可能となる。換言すれば、直流電圧を設定値にするタイミングは、第１高周波電源４８からの高周波電力の供給を開始する前でなければよい。
【００６０】
また、所定のタイミングで、制御部９５からの指令に基づき、コントローラ２３がオン・オフスイッチ２２ａを操作して直流電源２２をオンにし、直流電圧を静電チャック１８の電極２０に印加して、半導体ウエハＷをサセプタ１６に固定する。直流電源２２からの直流電圧の印加タイミングは特に限定されるものではないが、第１の高周波電源４８からの高周波電力供給後であって、可変直流電源５０からの直流電圧印加後が例示される。
【００６１】
上部電極３４の電極板３６に形成されたガス吐出孔３７から吐出された処理ガスは、高周波電力により生じた上部電極３４と下部電極であるサセプタ１６間のグロー放電中でプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの被処理面がエッチングされる。
【００６２】
このプラズマエッチング装置では、上部電極３４に高い周波数領域（イオンが追従できない１０ＭＨｚ以上）の高周波電力を供給しているので、プラズマを好ましい解離状態で高密度化することができ、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。
【００６３】
このようにプラズマが形成される際に、上記タイミングで上部電極３４に可変直流電源５０から所定の極性および大きさの直流電圧が印加されることにより、ウエハＷへのダメージを増加させずに、安定した良好なプラズマが形成され、後述するような効果を奏することができる。
【００６４】
この際に、可変直流電源５０から上部電極３４に印加される電圧は、図１に示すように、マイナス電圧であることが好ましい。プラス電圧でもよいが、この場合にはプラズマが不安定になりやすいので、プラスの電圧を印加する場合には、パルス状にする等の対策が必要となる。
【００６５】
所定のエッチング処理が終了した後、第１および第２の高周波電源４８，９０、可変直流電源５０をオフにしてプラズマを消火するが、そのタイミングは特に限定されないが、図５に示すように、可変直流電源５０からの直流電圧の印加をオフにした後に、第１および第２高周波電源４８，９０からの高周波電力の印加をオフにするのがより好ましい。また、図６に示すように、可変直流電源５０からの直流電圧の印加、第１高周波電源４８からの高周波電力の印加および第２高周波電源９０からの高周波電力の印加を、同時にオフにするのがより好ましい。これは、第１および第２高周波電源４８，９０からの高周波電力の印加をオフにした後、可変直流電源５０からの直流電圧の印加をオフにした場合、高周波電力の印加をオフにした後のチャンバ１０内はプラズマよりも抵抗の大きい真空となるので、直流電圧電流が通ると、オーバーシュートしてしまう可能性があるからである。なお、リレー回路５２を保護するために、可変直流電源５０からの直流電圧、第１および第２高周波電源４８，９０からの高周波電力の印加を停止した後に、リレー回路５２をオフにする。また、処理条件に応じて、パーティクルがウエハＷに付着し難いプラズマ消火シーケンスを選択することも重要である。パーティクルの付着を防止する観点から、可変直流電源５０からの直流電圧をオフにする前に逆極性の電圧を印加することも有効である。
【００６６】
次に、実際に図３に示すシーケンスを実施した実験結果について説明する。
チャンバ内圧力を３．３Ｐａ、エッチングガスとしてＣ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２＝６／１０００／１８０ｍＬ／ｍｉｎの流量でチャンバ内に導入し、周波数６０ＭＨｚの第１の高周波電源のパワーの設定値を２４００Ｗ、第２の高周波電源のパワーの設定値を３８００Ｗとし、可変直流電源の電圧の設定値を−９００Ｖとし、図３で説明したシーケンスで電力供給を行ってプラズマを形成し、ウエハＷの酸化膜のエッチングを行った。具体的には、第２の高周波電源から設定値より低い３００Ｗの高周波電力を下部電極であるサセプタ１６に供給し、供給開始後０．５ｓｅｃ経過後に、第１の高周波電源から設定値である２４００Ｗの高周波電力を上部電極３４に供給し、その後、２．０ｓｅｃ経過後に第２の高周波電源からの印加電力を設定値の３８００Ｗにした。また、これに先だって、最初の第２の高周波電源９０からの高周波電力供給後、２．３ｓｅｃ経過後に可変直流電源５０から上部電極３４へ設定値の−９００Ｖの直流電圧を印加した。その結果、安定的で良好なプラズマが形成された。この結果から、本実施形態のタイミングで直流電圧を印加することにより異常放電が生じずに安定した良好なプラズマを形成可能なことが確認された。
【００６７】
次に、可変直流電源からの直流電圧、第１および第２の高周波電源からの高周波電力の好ましい印加シーケンスのさらに他の例について説明する。
ここでは、図７に示すようなシーケンスを用いる。まず、図３の例と同様に、第２の高周波電源９０から設定値よりも低い、例えば３００Ｗの高周波電力を下部電極であるサセプタ１６に供給開始し、その後、０．１〜２．４ｓｅｃ、例えば０．５ｓｅｃ経過後に、第１の高周波電源４８から設定値の高周波電力を上部電極３４に供給し、その第１の高周波電源４８からの高周波電力と同時またはそれより後に、可変直流電源５０から上部電極３４へ印加電圧を徐々に増加させていくように制御し（スローアップ）、最終的に設定値の例えば−９００Ｖになるようにする。その後、第１の高周波電源４８からの高周波電力印加後、例えば２．０ｓｅｃ経過後に第２の高周波電源９０からの印加電力を設定値にする。このように可変直流電源５０からの直流電圧をスローアップすることにより、ウエハＷへのダメージを増加させることなく、可変直流電源５０の給電回路へのダメージを軽減することができる。この際の電圧を昇圧する速度は特に限定されず、設定電圧に応じて適宜設定すればよく、例えば１ｋＶ／ｓｅｃ程度が例示される。
【００６８】
なお、直流電圧の印加前に、好ましくは第１および第２高周波電源４８，９０からの高周波電力の供給前に、上述のリレー回路５２をオンにして直流電圧の給電を可能にしておく。
【００６９】
なお、以上は可変直流電源５０の印加電圧をスローアップするように制御する例を示したが、印加電流または印加電力がスローアップするように制御して、最終的に設定電圧になるようにしてもよい。また、このように印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかをスローアップする場合には、インターロック機能を持たせることができる。すなわち、これらのいずれかをスローアップしている際に、いずれかの絶対値または増加分が設定値を超えた場合に電源を停止する機能をコントローラ５１に持たせることができる。これにより、可変直流電源５０およびその給電回路に過負荷がかかることを一層有効に防止することができる。
【００７０】
次に、実際に電圧をスローアップした場合の実験結果について説明する。
チャンバ内圧力を３．３Ｐａ、エッチングガスとしてＣ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２＝３０／１０００／２０ｍＬ／ｍｉｎの流量でチャンバ内に導入し、周波数６０ＭＨｚの第１の高周波電源のパワーの設定値を１８００Ｗ、第２の高周波電源のパワーの設定値を３８００Ｗとし、可変直流電源の電圧の設定値を−９００Ｖとし、図７で説明したシーケンスで電力供給を行ってプラズマを形成し、ウエハＷの酸化膜のエッチングを行った。具体的には、第２の高周波電源から設定値より低い３００Ｗの高周波電力を下部電極であるサセプタ１６に供給し、供給開始後０．５ｓｅｃ経過後に、第１の高周波電源から設定値である１４００Ｗの高周波電力を上部電極３４に供給し、それと同時に可変直流電源５０から上部電極３４への直流電圧印加を開始し、約０．８秒かけて設定値の−９００Ｖとした。その後、第１の高周波電源からの高周波電力印加から２．０ｓｅｃ経過後に第２の高周波電源からの印加電力を設定値の３８００Ｗにした（実験Ａ）。比較のため、最初の第２の高周波電源９０からの高周波電力供給後、２．３ｓｅｃ経過後に可変直流電源５０から上部電極３４へ設定値の−９００Ｖの直流電圧をスローアップせずに一気に印加した（実験Ｂ）。その結果、プラズマによるウエハへのダメージを受けなかった素子の割合は、実験Ａ，Ｂともにほぼ１００％でウエハへのダメージに関しては両者とも大差がなかった。また、プラズマの状態に関しても、実験Ａ，Ｂともに安定的で良好なプラズマが形成された。したがって、スローアップを用いても、特性的に全く問題がなく、電源に対するダメージが軽減されるという効果の分だけ有利であることが確認された。
【００７１】
また、可変直流電源５０からの印加電圧をスローアップする他の例を図８に示す。まず、第２の高周波電源９０から設定値よりも低い高周波電力をサセプタ１６に供給開始するが、それと同時に可変直流電源５０からの印加電圧を設定値よりも低い電圧値まで徐々に増加させ、到達後一定にする。その後第１高周波電源４８から設定値の高周波電力を上部電極３４に供給し、その第１高周波電源４８からの高周波電力と同時に、可変直流電源５０から上部電極３４へ印加電圧を徐々に増加させていくように制御し、最終的に設定値にする。そして、第１高周波電源４８からの高周波電力印加後に第２高周波電源９０からの印加電力を設定値にする。リレー回路５２は、図７の場合と同様である。このようなシーケンスであっても、ウエハＷへのダメージを増加させることなく、可変直流電源５０の給電回路へのダメージを軽減することができる。
【００７２】
また、図９のようなシーケンスとしてもよい。まず、第２の高周波電源９０から設定値よりも低い高周波電力をサセプタ１６に供給開始するが、それと同時に可変直流電源５０からの印加電圧を図示のようなｓｉｎｅカーブを描くように、徐々に増加させる。そして、第１高周波電源４８から設定値の高周波電力を上部電極３４に供給し、可変直流電源５０からの印加電圧が設定値になった後に、第２高周波電源９０からの印加電力を設定値にする。リレー回路５２は、図７，８の場合と同様である。このようなシーケンスであっても、ウエハＷへのダメージを増加させることなく、可変直流電源５０の給電回路へのダメージを軽減することができる。
【００７３】
以上のように、第１高周波電源４８からの給電を開始した時点またはそれ以降に、可変直流電源５０からの印加電圧が設定値になるように制御することが好ましい。また、第１高周波電源４８からの給電を開始した時点またはそれ以降に、可変直流電源５０からの給電を開始するように制御することが好ましい。
【００７４】
また、可変直流電源５０からの印加電圧をスローアップする例を説明してきたが、エッチング終了時に可変直流電源からの印加電圧をスローダウンさせてもよい。この場合、タイミングは特に限定されないが、第１高周波電力４８および第２高周波電力９０からの高周波電力の印加をオフした時点またはそれ以前に、可変直流電源５０からの印加電圧を設定値から下げることが好ましい。また、第１高周波電力４８および第２高周波電力９０からの高周波電力の印加をオフした時点またはそれ以前に、可変直流電源５０からの印加電圧を停止することが好ましい。
【００７５】
なお、本実施形態の直流電圧印加タイミングは、複数の層を連続してエッチングする場合、例えば、ＳｉＯ２膜をエッチングした後にＳｉＣまたはＳｉＮの膜をエッチングする場合にも同様に適用される。ただし、このような連続エッチングはプラズマを一旦切る場合、切らない場合等、種々のケースが考えられ、詳細なシーケンスについては特に限定されず、処理に応じて適宜設定すればよい。ただし、このように連続してエッチングする場合、リレー回路５２はオフにせず、オンにしたままであることが好ましい。
【００７６】
次に、上部電極３４に可変直流電源５０から直流電圧を印加した場合の作用および効果について説明する。
【００７７】
可変直流電源５０からの印加電圧を、印加電極である上部電極３４の表面つまり電極板３６の表面に対する所定の（適度な）スパッタ効果が得られる程度にその表面の自己バイアス電圧Ｖｄｃが深くなるように、つまり上部電極３４表面でのＶｄｃの絶対値が大きくなるように制御することが好ましい。第１の高周波電源４８から印加される高周波のパワーが低い場合に、上部電極３４にポリマーが付着するが、可変直流電源５０から適切な直流電圧を印加することにより、上部電極３４に付着したポリマーをスパッタして上部電極３４の表面を清浄化することができる。それとともに、半導体ウエハＷ上に最適な量のポリマーを供給してフォトレジスト膜の表面荒れを解消することができる。また、可変直流電源５０からの電圧を調整して上部電極３４自体をスパッタして電極材料自体を半導体ウエハＷ表面に供給するようにすることにより、フォトレジスト膜表面でカーバイドを形成してフォトレジスト膜が強化され、かつスパッタされた電極材料がフロロカーボン系の処理ガス中のＦと反応して排気されることによりプラズマ中のＦ比率が減少してフォトレジスト膜がエッチングされ難くなる。電極板３６がシリコンやＳｉＣ等のシリコン含有物質の場合には、電極板３６表面でスパッタされたシリコンがポリマーと反応してフォトレジスト膜表面にＳｉＣが形成され、フォトレジスト膜が極めて強固なものとなり、しかも、ＳｉはＦと反応しやすいため、上記効果が特に大きい。したがって、電極板３６の材料としてはシリコン含有物質が好ましい。
【００７８】
このように上部電極３４に直流電圧を印加して自己バイアス電圧Ｖｄｃが深くなった場合には、図１０に示すように、上部電極３４側に形成されるプラズマシースの厚さが大きくなる。そして、プラズマシースが厚くなると、その分だけプラズマが扁平化される。例えば、上部電極３４に直流電圧を印加しない場合には上部電極側のＶｄｃが例えば−３００Ｖであり、図１１の（ａ）に示すようにプラズマは薄いシース厚ｄ０を有する状態である。しかし、上部電極３４に−５００Ｖの直流電圧を印加すると上部電極側のＶｄｃが例えば−９００Ｖとなり、プラズマシースの厚さは、Ｖｄｃの絶対値の３／４に比例するから、図１１の（ｂ）に示すように、より厚いプラズマシースｄ１が形成され、その分プラズマが扁平化する。このように厚いプラズマシースを形成して、プラズマを適切に扁平化することにより、半導体ウエハＷ上の実効レジデンスタイムが増加し、かつプラズマがウエハＷ上に集中して拡散が抑えられ解離空間が減少する。これらにより、フロロカーボン系の処理ガスの解離が抑えられ、フォトレジスト膜がエッチングされ難くなる。したがって、可変直流電源５０からの印加電圧は、上部電極３４におけるプラズマシースの厚さが所望の扁平状プラズマが形成される程度に厚くなるようにコントローラ５１により制御することが好ましい。
【００７９】
また、プラズマが形成される際には、上部電極３４近傍に電子が生成される。上部電極３４に可変直流電源５０から直流電圧を印加すると、この電圧は電子を処理空間の鉛直方向へ加速させる働きを持つ（電子はＶｐｐの影響によっても加速される）。可変直流電源５０の極性、電圧値、電流値を所望のものにすることにより、電子は半導体ウエハＷに照射される。照射された電子は、マスクとしてのフォトレジスト膜の組成を改質させて、フォトレジスト膜は強化される。
【００８０】
このように、上部電極３４に印加する直流電圧を制御して、上記上部電極３４のスパッタ機能またはプラズマの扁平化機能、さらには上記上部電極３４で生成される多量の電子の半導体ウエハＷへの供給機能が発揮されることにより、フォトレジスト膜の強化や最適ポリマーの供給、処理ガスの解離抑制等が図られ、フォトレジストの表面荒れ等を抑制することができ、フォトレジスト膜に対するエッチング対象層のエッチング選択比を高めることができる。それとともに、フォトレジストの開口部におけるＣＤの広がりを抑制することができ、より高精度のパターン形成を実現することができる。特に、これらスパッタ機能およびプラズマの扁平化機能および電子の供給機能の３つが適切に発揮されるように直流電圧を制御することにより、このような効果をより高めることができる。
【００８１】
なお、上記各機能のうちいずれが優勢に生じるかは処理条件等により異なり、これら機能の一つ以上が発揮され、上記効果を有効に奏するように、可変直流電源５０から印加される電圧をコントローラ５１により制御することが好ましい。
【００８２】
また、上部電極３４に印加する直流電圧を制御することにより、プラズマポテンシャルを制御することができる。これを利用して、プラズマポテンシャルを低下させれば、上部電極３４やチャンバ壁を構成するデポシールド１１、内壁部材２６、絶縁性遮蔽部材４２へのエッチング副生物の付着を抑制することができる。
【００８３】
エッチング副生物が上部電極３４やチャンバ壁を構成するデポシールド１１等に付着すると、プロセス特性の変化やパーティクルの懸念がある。特に、多層膜を連続してエッチングする場合には、各膜によってエッチング条件が異なるため、前の処理の影響が残存して次の処理に悪影響を与えるメモリー効果が生じてしまう。このようなエッチング副生物の付着はプラズマポテンシャルと上部電極３４やチャンバ壁等との間のポテンシャル差によって影響するため、直流電圧を印加してプラズマポテンシャルを制御することにより、このようなエッチング生成物の付着を抑制することができる。
【００８４】
また、上部電極３４に印加する直流電圧を制御することにより、このようなプラズマポテンシャル制御機能と、上述の上部電極３４のスパッタ機能およびプラズマの扁平化機能および電子の供給機能を有効に発揮させることも可能である。
【００８５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、上部電極および下部電極を対向して配置し、プラズマ生成用の高周波電力を上部電極に印加し、イオン引き込み用の高周波電力を下部電極に印加するタイプのプラズマエッチング装置について示したが、必ずしもこのタイプに限定する必要はない。例えば、図１２に示すように、下部電極であるサセプタ１６に第１の高周波電源４８′からプラズマ生成用の例えば６０ＭＨｚの高周波電力を印加するとともに、第２の高周波電源９０′からイオン引き込み用の例えば２ＭＨｚの高周波電力を印加する下部２周波印加タイプのプラズマエッチング装置であっても適用することができる。図示のように上部電極１３４に可変直流電源１０１を接続して所定の直流電圧を印加することにより、実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００８６】
また、この場合に、図１３に示すように、直流電源１０２を下部電極であるサセプタ１６に印加するようにしてもよい。
【００８７】
さらに、図１４に示すように、上部電極１３４′をチャンバ１０を介して接地するようにし、下部電極であるサセプタ１６に高周波電源１１０を接続し、この高周波電源１１０からプラズマ形成用の例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加するタイプのプラズマエッチング装置であっても適用することができ、この場合には、図示のように下部電極であるサセプタ１６に可変直流電源１１２を接続して所定の直流電圧を印加することにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８８】
さらにまた、図１５に示すように、図１４の下部電極に接続された可変直流電源１１２の代わりに上部電極１３４′に接続された可変直流電源１１４を設けてもよい。
【００８９】
上記実施形態では、本発明をプラズマエッチングに適用した場合について示したが、これに限らず、スパッタリングやプラズマＣＶＤ等、他のプラズマ処理に適用できることは言うまでもない。また、被処理基板も半導体ウエハに限らず、ＬＣＤ用のガラス基板等、他の基板に対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施形態１に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図。
【図２】図１のプラズマエッチング装置において第１の高周波電源に接続された整合器の構造を示す図。
【図３】図１のプラズマエッチング装置において、リレー回路のオン・オフと可変直流電源からの直流電圧、第１および第２の高周波電源からの高周波電力の好ましい印加シーケンスの一例を示す図。
【図４】図１のプラズマエッチング装置において、リレー回路のオン・オフと可変直流電源からの直流電圧、第１および第２の高周波電源からの高周波電力の好ましい印加シーケンスの他の例を示す図。
【図５】図１のプラズマエッチング装置において、プラズマエッチング処理終了時の、リレー回路のオン・オフと可変直流電源からの直流電圧、第１および第２の高周波電源からの高周波電力の好ましい印加シーケンスの一例を示す図。
【図６】図１のプラズマエッチング装置において、プラズマエッチング処理終了時の、リレー回路のオン・オフと可変直流電源からの直流電圧、第１および第２の高周波電源からの高周波電力の好ましい印加シーケンスの他の例を示す図。
【図７】図１のプラズマエッチング装置において、リレー回路のオン・オフと可変直流電源からの直流電圧、第１および第２の高周波電源からの高周波電力の好ましい印加シーケンスのさらに他の例を示す図。
【図８】図１のプラズマエッチング装置において、リレー回路のオン・オフと可変直流電源からの直流電圧、第１および第２の高周波電源からの高周波電力の好ましい印加シーケンスのさらにまた他の例を示す図。
【図９】図１のプラズマエッチング装置において、リレー回路のオン・オフと可変直流電源からの直流電圧、第１および第２の高周波電源からの高周波電力の好ましい印加シーケンスのさらにまた他の例を示す図。
【図１０】図１のプラズマエッチング装置において、上部電極に直流電圧を印加した際のＶｄｃおよびプラズマシース厚の変化を示す図。
【図１１】図１のプラズマエッチング装置において、上部電極に直流電圧を印加した場合と印加しない場合とのプラズマ状態を比較して示す図。
【図１２】本発明の適用が可能な他のタイプのプラズマエッチング装置の例を示す概略図。
【図１３】本発明の適用が可能なさらに他のタイプのプラズマエッチング装置の例を示す断面図。
【図１４】本発明の適用が可能なさらにまた他のタイプのプラズマエッチング装置の例を示す概略図。
【図１５】本発明の適用が可能なさらに別のタイプのプラズマエッチング装置の例を示す断面図。
【符号の説明】
【００９１】
１０…チャンバ（処理容器）
１６…サセプタ（下部電極）
３４…上部電極
４４…給電棒
４６，８８…整合器
４８…第１の高周波電源
５０…可変直流電源
５１…コントローラ
５２…オン・オフスイッチ
６６…処理ガス供給源
８４…排気装置
８７…ＧＮＤブロック
９０…第２の高周波電源
９５…制御部
Ｗ…半導体ウエハ（被処理基板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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